Материал: 4653

11

тижения. Для этого надо переписать из методического пособия по лабораторному практикуму в отчет название лабораторной работы и цель работы и

проанализировать цель работы по плану:

1)понять, какие из теоретических закономерностей предстоит проверить;

2)определить, какие характеристики среды предстоит измерить;

3)исследовать влияние внешних условий на результаты эксперимента. Далее надо переписать в отчет теоретический минимум.

Оформление теоретического минимума

Для оформления теоретических основ проводимых исследований в методических указаниях предусмотрен раздел «Теоретический минимум», в котором в доступной для восприятия форме представлена необходимая для выполнения работы информация. В процессе изучения раздела необходимо:

1)найти и выписать определение искомой характеристики среды, значение которой станет численным результатом выполнения работы;

2)найти и записать условия наблюдения физических явлений, лежащих

воснове экспериментальных и теоретических методов предстоящего исследования;

3)привести в отчете формулировку основной теоретической закономерности, которую предстоит использовать в работе;

4)сделать рисунки, поясняющие формулировки, правила и закономерности, если нужно.

Проверкой качества восприятия информации послужат ответы на контрольные вопросы, приведенные в конце методических указаний по данной работе.

Оформление методики эксперимента

Для подготовки к экспериментальной части исследований предусмотрен раздел «Методика эксперимента», который поможет студенту применить методы математического анализа и моделирования для достижения цели работы. В процессе изучения раздела необходимо:

1)понять и записать в отчет вывод формульного выражения для получения значения характеристики среды, являющейся численным результатом работы (итоговое или расчетное выражение), особо отметив элементы моделирования (пренебрежение некоторыми факторами влияния внешней среды)

исделав необходимые рисунки;

2)привести в отчете принципиальную схему испытаний с пояснениями, как и с какой точностью будут измерены физические величины, входящие в итоговое формульное выражение;

12

3)записать в отчет таблицу для испытаний и численные значения параметров установки и заданных физических величин, необходимых для начала эксперимента;

4)разобраться, из каких блоков состоит установка и какова роль каждого из них.

Оформление результатов измерения

Результаты измерения являются важной частью любого научного исследования, поскольку несут основную информацию о проведенных исследованиях и могут быть использованы при решении огромного круга задач. Приобретение навыков грамотного анализа результатов измерения является базой для формирования компетенций, связанных с научноисследовательской деятельностью будущего профессионала. Поэтому студент должен внимательно изучить алгоритм обработки и представления результатов измерений, согласно которому определить погрешности измерений.

Алгоритм обработки и представления результатов многократных измерений

Результат многократного измерения представляется в форме до-

В скобках указывается количество измерений n и значение доверительной вероятности P, соответствующее доверительной погрешности

x.

Величина доверительной погрешности измерения находится по фор-

муле:

где S x – выборочное среднеквадратичное отклонение:

i1

x– выборочное среднее значение:

n

x = x i / n , (4) i 1

ts – коэффициент Стьюдента.

Значение коэффициента Стьюдента, соответствующее проведѐнному количеству измерений n и необходимому значению надѐжности измерения

13

(доверительной вероятности) P, определяется по таблице. Задав P, находим по таблице величину ts , соответствующую числу измерений n. Например, для P = 80% при n = 5 значение ts = 1,5.

Значения коэффициентов Стьюдента

Форма записи результата измерения (1) является наиболее информативной, т.к. она содержит данные не только о среднем значении измеренной величины x и погрешности измерения x, но и оценку надѐжности результата.

На основании результатов эксперимента необходимо сделать и записать в отчет вывод по проделанной работе. В выводе по лабораторной работе соответствии с целью укажите:

1)какое явление наблюдалось в эксперименте;

2)какая характеристика среды была измерена; запишите результат измерения в виде доверительного интервала и надежность полученного результата в форме (1);

3)проведите анализ полученных результатов и эффективности предложенной методики;

Рекомендуем внимательно ознакомиться с образцом оформления лабораторной работы.

Образец оформления лабораторной работы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОБЪЕМНОГО РАСШИРЕНИЯ ВОДЫ

Цель работы: получение знаний о теоретических основах механики жидкости и газа, закономерностях теплового расширения жидкости; овладение навыками проведения технического эксперимента и обработки его результатов; определение коэффициента теплового расширения воды.

1) В основе исследований лежат уравнение сплошности и закономерности теплового расширения жидкости.

14

2)Итоговым результатом станет определение коэффициента теплового расширения воды.

3)В процессе исследований путем формализованного моделирования будет оценена степень влияния теплового расширения на величину плотности среды.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Механика жидкости и газа опирается на макроскопическую модель, которая рассматривает жидкость или газ, как сплошную текучую среду с не-

прерывным распределением физических величин, определяющих ее движе-

ние и состояние.

Особенностями сплошной деформированной среды) являются

сплошность (непрерывность распределения свойств) и текучесть (неограниченная деформируемость).

Инерционные свойства среды (масса) характеризуются плотностью среды в данной точке пространства, которая определяется как пре-

дел отношения массы среды m, заключенной в объеме ΔΟ, к величине этого объема, когда ΔΟ стремится к нулю:

Поскольку среда обладает сплошностью, то для всех процессов в механике жидкости и газа справедливо уравнение сплошности среды – соотношение, связывающее среднюю скорость частиц среды V с ее плотностью ρ. В случае одномерного движения среды вдоль направления x уравнение сплошности имеет вид:

( V ) 0 ,t x

где t –время.

Температурное расширение капельных жидкостей характеризуется ко-

эффициентом температурного расширения βt , выражающим относитель-

ное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на 1C:

t 1 d .dt

где dΟ – величина изменения объема Ο при повышении температуры на dt. Единица измерения коэффициента температурного расширения: [βt]= C–1.

15

Зависимость объема от температуры в линейном приближении определяется формульным выражением:

0 (1 t (t t0 )) .

Отсюда получается выражение для зависимости плотности жидкости ρt от температуры t при постоянном давлении:

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Измерения проводятся на установке, состоящей из электрической плитки 1, колбы с водой 2 и термометра 3. Изменение объема фиксируется измерением высоты столба h жидкости в верхней (узкой) части колбы.

Расчетная формула

где d и D – диаметры верхней части и дна колбы соответственно, h0 – высота колбы без измерительной части), t и t0 – текущая и начальная температура среды соответственно.

Таблица результатов измерения